[發(fā)明專利]一種用于甲烷氧化合成甲醇的光熱催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010141428.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111167512B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳功德;王曉麗;闞建飛;張君;鄭鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院;蘇州維納爾新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J31/02
• 分類號(hào): B01J31/02;C07C29/50;C07C31/04
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明提供了一種用于直接氧化甲烷合成甲醇的新型光熱協(xié)同催化劑及其制備方法，該催化劑以廉價(jià)金屬類水滑石形成的熱催化劑為載體，負(fù)載Bi基光催化劑，形成光熱協(xié)同催化劑；所述的廉價(jià)金屬包括過(guò)渡金屬Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的1~3種，以及堿土金屬Ba、Ca、Mg中的0~1種和金屬Al。本發(fā)明具有如下有益效果：（1）制備的催化劑在直接氧化甲烷合成甲醇反應(yīng)中顯示了很高的活性，在低溫低壓的條件下，反應(yīng)時(shí)間2~96 h，甲烷的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)25%，甲醇的選擇性最高可達(dá)95%。（2）催化劑制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，活性高，有著獨(dú)特的水熱穩(wěn)定性；（3）所得催化劑兼具光、熱催化劑的優(yōu)點(diǎn)，可在溫和的條件下直接氧化甲烷合成甲醇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于直接氧化甲烷合成甲醇的光熱協(xié)同催化劑及其制備方法，屬于新材料和技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

甲烷是天然氣、頁(yè)巖氣、沼氣和可燃冰等含碳資源的主要組分，相比煤炭及石油，具有更高氫碳比，它可用作燃料及制造氫氣、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等，被認(rèn)為是21世紀(jì)頗具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉春蛢?yōu)質(zhì)化工原料。然而，CH₄也是一種有效的溫室氣體，且其在地球大氣層中產(chǎn)生溫室效應(yīng)的能力是二氧化碳的20倍以上。因此將CH₄催化轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)物，不僅能實(shí)現(xiàn)其高效利用，而且具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和深遠(yuǎn)的環(huán)保意義。

CH₄通過(guò)直接氧化、非氧化偶聯(lián)和氧化偶聯(lián)可以轉(zhuǎn)化為CH₃OH、芳香族化合物、C₂₊產(chǎn)物（乙烯，乙烷等）等化工原料。其中CH₃OH是重要的平臺(tái)分子，可被用來(lái)制備上百種化工產(chǎn)品，將CH₄直接氧化制備CH₃OH也被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、最具發(fā)展前景的CH₄高效利用途徑，但在該過(guò)程中面臨兩大待解決難題：一是甲烷C-H活化困難，二是產(chǎn)物CH₃OH易被進(jìn)一步深度氧化。所以構(gòu)建一種高效活化CH₄并抑制CH₃OH深度氧化的雙功能催化體系至今仍具有極高的挑戰(zhàn)性。

近二十多年來(lái)，CH₄直接氧化制備CH₃OH的各種催化氧化體系不斷見于報(bào)道；其中，以Periana反應(yīng)體系為代表的均相催化體系取得了空前的催化效果（CH₄轉(zhuǎn)化率為81%、CH₃OH選擇性可達(dá)90%以上），但其強(qiáng)腐蝕性且昂貴的催化體系不適合于工業(yè)化推廣（Science,1998, 280(29): 560~564）。馬丁與Tang課題組突破傳統(tǒng)研究思路，在有太陽(yáng)光（模擬）輔助的常溫常壓下，以FeO_x/TiO₂為催化劑、H₂O₂為氧化劑，3 h內(nèi)CH₄的轉(zhuǎn)化率可達(dá)15%，總醇選擇性可達(dá)97%，其中CH₃OH的選擇性高達(dá)90%，且該催化劑具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（NatureCatalyssis, 2018, 1: 889~896），但H₂O₂商品價(jià)格高于CH₃OH抑制了其工業(yè)化應(yīng)用前景，故開發(fā)廉價(jià)高效的催化劑直接氧化甲烷合成甲醇亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于直接氧化甲烷合成甲醇的光熱協(xié)同催化劑及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于直接氧化甲烷合成甲醇的光熱協(xié)同催化劑，該催化劑以廉價(jià)金屬類水滑石形成的熱催化劑為載體，負(fù)載Bi基光催化劑，形成光熱協(xié)同催化劑；

所述的廉價(jià)金屬包括過(guò)渡金屬Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的1~3種，以及堿土金屬Ba、Ca、Mg中的0~1種和金屬Al；